Formação Estelar e Evolução de Estrelas

de Pouca Massa

Centro de Divulgação da AstronomiaObservatório Dietrich Schiel

André Luiz da SilvaObservatório Dietrich Schiel/CDCC/USP

Imagem de fundo: céu de São Carlos na data de fundação do observatório Dietrich Schiel (10/04/86, 20:00 TL) crédito: Stellarium

Repassando:Diagrama H-R

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

10 Rʘ

1Rʘ

LʘSequência Principal ramo das gigantes

vermelhas

anãs brancas

Temp.

1

6.000°C30.000°C 3.000°C

10.000

10.000°C

0,01

100

0,00010,1Rʘ

100 Rʘ

Diagrama Hertzprung-Russel(diagrama H-R)

Simulador: diagrama H-R

Crédito: Universidade de Nebraska

Corpos gasosos no interior dos quaisocorrem, ou ocorreram, reações de fusão nuclear sustentáveis

Estrelas:

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP

Outras influências: rotação campos magnéticos

Gravidade x

Calor

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP

Formação Estelar

Nuvens interestelares frias começam a se colapsar:

Atração gravitacional de uma estrela próxima

Ondas de densidade na GaláxiaVentos estelares de estrelas

jovens próximasColisões entre galáxias

Crédito da imagem: http://www.capturingthenight.com/

Via LácteaRegião próxima a Crux e Carina

Crédito da imagem: http://www.capturingthenight.com/

Via LácteaRegião Central - Sagittarius

M 74, NGC 628: galáxia espiralDistância: 32 milhões de a.l.Constelação: PeixesCrédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

Galáxias das antenas (NGC 4038 e NGC 4039)Distância: 45 e 65 milhões de a.l.Constelação: Corvo

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

Nebulosa de Orion (M42)

Crédito da imagem: NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA) et al.

Nebulosa de emissão – formação estelar “berçário estelar”Distância: cerca de 1.500 a.l.Tamanho: cerca de 40 a.l.

Pilares da Criação

Parte de região de formação estelar (Nebulosa da Águia – M16)Distância: cerca de 7.000 a.l.Tamanho: cerca de 4 a.l. (pilar da esquerda)

Crédito da imagem: NASA/ESA

Crédito: André Luiz da Silva CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

Colapso e fragmentaçãoImagens fora de escala

Barnard 68

Crédito da imagem: FORS Team, 8.2-meter VLT Antu, ESO

Nuvem molecularDistância: cerca de 500 a.l.Tamanho: cerca de 1 a.l.

Crédito: André Luiz da Silva CDA/CDCC/USP

Colapso do fragmento

Imagens fora de escala

~100 UA~10.000 UA

nuvem inicial se fragmenta por instabilidades gravitacionais

cada fragmento vai colapsando

liberação de energia do colapso: quase toda irradiada para o espaço

núcleo esquenta: até 10 mil °C, tamanho de 100 UA; temperatura superf. -173ºC

Crédito: André Luiz da Silva CDA/CDCC/USP

Protoestrela

Imagens fora de escala

Montanha Mística

Crédito da imagem: NASA/ESA/M. Livio & Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

Parte de região de formação estelar(Nebulosa de Carina)Distância: cerca de 7.500 a.l.Tamanho: 3 a.l. (pilar à direita)

HH-47

Crédito da imagem: NASA, ESA, and P. Hartigan (Rice University)

Objeto Herbig-HaroDistância: cerca de 1.350 a.l.Constelação: VelaTamanho: menor que 1 a.l.

Disco protoplanetário

Crédito da imagem: ESO

Disco protoplanetário ao redor de HL TauriDistância: cerca de 450 a.l.Tamanho: da ordem de 100 UA

Protoestrela rodeada por disco de matéria

Forte vento estelar: fase T Tauri, Ae, Be

Vento desfaz disco, alargando o jato; final: vento esférico

Choques dos jatos com material interestelar: objetos Herbig-Haro

As Plêiades

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

Aglomerado abertoDistância: cerca de 400 a.l.Constelação: TaurusTamanho: 7 a.l. (núcleo) 70 a.l. (todo o sistema)Idade: 100 milhões de anos

Estágios de evolução até a SP (1Mʘ)

Fonte: Chaisson & McMillan, Astronomy Today, com adaptações

Estágio Temp. Central (°C)

Temp. Superf. (°C)

Diâmetro

Colapso, fragmentação da

nuvem-263 a -

173 (10 a 100

K)

-263 a 10 mil

10 a.l. a 100 UA

Protoestrela 3 a 4 mil1M a 5M 100 M a 10 M km

Estrela Pré-SP 4.50010 M 2 M km

Estrela SP 6.00015 M 1,5 M km

Trajetória pré-SP

Temp.

1

6.000°C30.000°C 3.000°C

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

100 Rʘ

10 Rʘ

1Rʘ

0,1Rʘ

10.000°C

0,01

100

Lʘ

SP (ZAMS)

1 Mʘ

0,3 Mʘ

3 Mʘ

Trilhas de Hayashi: trecho da trajetória pré-SP quase vertical

Trilha de Henyey: trecho da trajetória pré-SP (após a TH) quase horizontal

Estrelas de maior massa: evolução pré-SP mais rápida

estrelas O: alguns milhões de anos estrelas M: 1 bilhão de anos!

Anãs marrons:

Objetos intermediários entre estrelas e planetas: planetas: até 12 massas de Júpiter (0,012 Mʘ) estrelas: limite inferior de 0,08 Mʘ

Evolução de estrelas de pouca massa

Sequência Principal

A fonte de energia do Sol

Crédito : Universidade de Nebraskka

A cada segundo no Sol:

600 milhões de toneladas de H são convertidas em He;

quatro milhões de toneladas são transformadas em energia (E=mc2)

SP: alargamento e evolução

Temp.

1

6.000°C30.000°C 3.000°C

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

10.000°C

0,01

100

Lʘ

SP

Onde as estrelas passam a maior parte da vida (cerca de 80%)

fase se confunde com a região do DHR: maior tempo=mais povoada

Sol: cerca de 10 bilhões de anos

Sequência Principal

Metalicidade e tempo na SP: alargamento

Há pouca evolução na SP:Sol: 35% mais luminoso

raio: 6% maior temperatura: 300 °C mais quente

SP: alargamento e evolução

Evolução pós-SP para estrelas de pouca massa

Estrelas de “pouca massa”

menos que 8 Mʘ : estrelas não farão síntese do C, indo até a fusão do He apenas

Subgigante

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

caroço inerte de He

Casca de queima de H

Núcleo

Imagens fora de escala

Subgigante

Temp.

1

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

0,01

100

Lʘ

0,0001 SP

6.000°C30.000°C 3.000°C10.000°C

Imagens fora de escala

Subgigante:

pouco H no núcleo: caroço de He inerte

núcleo colapsa, liberando energia gravitacional

aquecimento do núcleo: queima de H na casca se intensifica

Gigante vermelha

Temp.

1

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

0,01

100

Lʘ

0,0001 SP

6.000°C30.000°C 3.000°C10.000°C

Imagens fora de escala

Reação triplo-alfa:

BeHeHe 844

CHeBe 1248

Reação adicional:

γ++ 16412 OHeC →

Gigante vermelha:

processo iniciado com a subgigante continua até Tnúcleo=100 milhões de °C

núcleo com 1 milésimo do tamanho da estrela (R

*≈100 Rʘ)

luminosidade cresce até o flash do He (no início da queima do He)

A gigante vermelha Sol

Crédito: ESO

Ramo horizontal

Temp.

1

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

0,01

100

Lʘ

0,0001 SP

6.000°C30.000°C 3.000°C10.000°C

Imagens fora de escala

Ramo horizontal:

núcleo se estabiliza com a queima de He em C pós flash

tamanho e luminosidade da estrela diminui

região de luminosidade aproximadamente igual no DHR: ramo horizontal

Ramo assintótico das gigantes (AGB)

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

caroço inerte de C

Casca de queima de H

Casca de queima de He

Núcleo

Imagens fora de escala

Ramo assintótico das gigantes (AGB)

Temp.

1

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

0,01

100

Lʘ

0,0001 SP

6.000°C30.000°C 3.000°C10.000°C

Imagens fora de escala

Ramo assintótico das gigantes semelhante às fases de subgigante e GV: agora há pouco He no núcleo: caroço de C inerte núcleo colapsa, esquenta e intensifica queima de He e H em cascas camadas externas se expandem: estrela maior que na fase de flash do He

Nebulosa planetária

Temp.

1

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

0,01

100

Lʘ

0,0001 SP

6.000°C30.000°C 3.000°C10.000°C

Imagens fora de escala

Nebulosa planetária: nome: semelhança com planetas para os primeiros observadores camadas exteriores lentamente expulsas; caroço central: AB mecanismo semelhante às regiões HII: gás excitado pela estrela central

Nebulosa da Hélice, NGC 7293

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

Nebulosa da ampulheta (MyCn18)

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

Nebulosa do anel (M 57)

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

M2-9

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

Nebulosa Olho do Gato (NGC 6543)

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble

Anã branca/anã negra

Temp.

1

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

0,01

100

Lʘ

0,0001 SP

6.000°C30.000°C 3.000°C10.000°C

Imagens fora de escala

Tamanho de uma anã branca

Crédito da imagem: http://ircamera.as.arizona.edu/NatSci102/NatSci102/lectures/starevolution.htm

Tamanho de uma anã branca

Crédito da imagem: http://ircamera.as.arizona.edu/NatSci102/NatSci102/lectures/starevolution.htm

Densidade de uma anã brancaρab ≈ 1010 kg/m3

12 x

Crédito das imagens: fusca: https://parachoquescromados.wordpress.com/tag/fusca/ colheres: http://pt.aliexpress.com

10 toneladas

Anã branca: núcleo exposto da ex-gigante vermelha dependendo da massa inicial da estrela:

He (M<0,25 Mʘ ou sistemas binários)C (estrela de diamante?) ≈ 1 Mʘ

Ne (um pouco mais massivas que o Sol)

estrela mantida por pressão de degenerecência de elétrons, até 1,4 Mʘ

(limite de Chandrasekhar-Schenberg)

Anã negra: estágio final da anã branca, que vai esfriando

não confundir com anã marrom

processo lento, pode levar centenas de bilhões de anos (o Universo ainda não teve tempo de criar nenhuma)

No Diagrama H-R: evolução de 1Mʘ

1

10.000

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP, baseado em figura de Chaisson & McMillan, Astronomy Today

100 Rʘ

10 Rʘ

1Rʘ

0,1Rʘ

0,01

100

Lʘ NP

AB0,0001

RH

AGB

Flash do He

Temp. 6.000°C30.000°C 3.000°C10.000°C

subgigante

(...) AN

Imagens fora de escala

SP

GVAB

Resumo: evolução de estrelas de pouca massa

Nuvem interestelar

Crédito : André Luiz da Silva/CDA/CDCC/USP

Subgigante

NPAN

R.I.P.

Protoestrela